Задачи определения эффективности для микроструктур SiC*/Si и контактообразования
(Стр. 59-68)

Подробнее об авторах
Чепурнов Виктор Иванович кандидат технических наук; доцент кафедры физики твердого тела и неравновесных систем
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Самара, Российская Федерация Чепурнов Виктор Иванович кандидат технических наук; доцент кафедры физики твердого тела и неравновесных систем
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Самара, Российская Федерация Раджапов Сали Аширович доктор физико-математических наук; главный научный сотрудник лаборатории полупроводниковых высокочувствительных датчиков
Физико-технический институт Научно-производственного объединения «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан
Ташкент, Республика Узбекистан Долгополов Михаил Вячеславович кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий совместной с РАН научно-исследовательской лабораторией математической физики НИЛ-319; доцент кафедры высшей математики
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева; Самарский государственный технический университет
Самара, Российская Федерация Долгополов Михаил Вячеславович кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий совместной с РАН научно-исследовательской лабораторией математической физики НИЛ-319; доцент кафедры высшей математики
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева; Самарский государственный технический университет
Самара, Российская Федерация Пузырная Галина Владимировна инженер 1 категории кафедры физики твердого тела и неравновесных систем
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Самара, Российская Федерация Пузырная Галина Владимировна инженер 1 категории кафедры физики твердого тела и неравновесных систем
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Самара, Российская Федерация Гурская Альбина Валентиновна кандидат физико-математических наук; доцент кафедры высшей математики; старший научный сотрудник
Самарский государственный технический университет; Межвузовский научно-исследовательский центр по теоретическому материаловедению
Самара, Российская Федерация Гурская Альбина Валентиновна кандидат физико-математических наук; доцент кафедры высшей математики; старший научный сотрудник
Самарский государственный технический университет; Межвузовский научно-исследовательский центр по теоретическому материаловедению
Самара, Российская Федерация
Чтобы читать текст статьи, пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите в систему
Аннотация:
В работе обсуждается эффективность преобразования энергии радионуклидов в электрическую. В молекулярном составе полупроводниковых структур карбида кремния атомы углерода-14 функционально выполняют роль источника энергии радиохимического распада, а компонент разделения неравновесных носителей полупроводниковой структурой n- или p-типа проводимости способен напрямую преобразовывать эту энергию в электрическую форму. Предлагаемый вариант исполнения бета-преобразователя на радионуклиде С-14 обладает мировой новизной, так как данный радионуклид используется в концентрации на уровне легирующей примеси, замещающей атомы стабильного углерода-12 в молекуле карбида кремния. Присутствие в небольших количествах, один атом радиоизотопа С-14 на тысячу или даже миллион атомов устойчивого радиоизотопа С-12, придает полупроводниковому материалу новые полезные в энергетическом отношении свойства, но одновременно возникает сопутствующая проблема сбора носителей заряда металлизацией контактных площадок, что вероятно связано с изменением работы выхода электрона преобразованного радиоизотопом карбида кремния. Данный фактор определяет эффективность сбора носителей заряда, т.к. точечные прижимные контакты свидетельствуют об эффективности преобразования энергии.
Образец цитирования:
Чепурнов В.И., Чепурнов В.И., Раджапов С.А., Долгополов М.В., Долгополов М.В., Пузырная Г.В., Пузырная Г.В., Гурская А.В., Гурская А.В., (2021), ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЛЯ МИКРОСТРУКТУР SIC*/SI И КОНТАКТООБРАЗОВАНИЯ. Computational nanotechnology, 3: 59-68. DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-3-59-68
Список литературы:
Rappaport P. The electron-voltaic effect in p-n-junctions induced by beta-particle bombardment // Physical Review. 1954. Vol. 93 (1). Pp. 246-247.
Olsen L.C., Seeman S.E., Griffen B.I. Betavoltaic nuclear electric power sources // Trans. Electron Devices. 1969. Vol. 12. 481 p.
Гусев В.В. и др. Особенности преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую с использованием кремниевых полупроводников с p-n-переходом // Радиационная техника. 1975. Вып. 11. С. 61-67.
Лазаренко Ю.В., Пустовалов А.А., Наповалов В.П. Малогабаритные ядерные источники электрической энергии. М.: Энергоатомиздат, 1992.
SityLabs [сайт]. URL: http://www.citylabs.net
Патент Российской Федерации RU N 2461915 МПК.H01L31/04 «Ядерная батарейка».
Патент РФ № 2452060 МПК.H01L31/04 G01H 1/00 «Полупроводниковый преобразователь бета-излучения в электроэнергию».
Лучинин В., Таиров Ю. Отечественный полупроводниковый карбид кремния: шаг к паритету // Современная электроника. 2009. № 7. С. 12-15.
Краснов А.А., Трощиев С.Ю. Разработка бета-вольтаического элемента на основе синтетического алмаза и оценка его электрических параметров // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2016. Т. 2 (241). C. 21-31.
Абанин И.Е. Выбор активных слоев источника питания с р-n-переходом, возбуждаемым β-излучением // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 10 (183). С. 3-10.
Горбацевич А.А. и др. Исследование (моделирование) Ni-63 бета-вольтаических батарей на основе кремниевых солнечных элементов // Журнал технической физики. 2016. Т. 86 (7). С. 94-99.
Булярский С.В. и др. Оптимизация параметров источников питания, возбуждаемых β-излучением // Физика и техника полупроводников. 2017. Т. 51 (1). С. 68-74.
Нагорнов Ю.С. Расчет эффективности элементов питания на основе микроканального кремния и бета-источника никель-63 // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2013. № 3 (27). C. 136-145.
Nagornov Y.S., Murashev V.N. Simulation of the β-voltaic effect in silicon pin structures irradiated with electrons from a Nickel-63 β source // Semiconductors. 2016. Vol. 50 (1). Pp. 16-21.
Нагорнов Ю.С. Моделирование элементов бета-вольтаики на изотопе никель-63. Ульяновск, 2015.
Булярский С.В. и др. Напряжение холостого хода бета-батарей на основе кремниевых p-i-n-диодов // Нано- и микросистемная техника. 2016. Т. 18. № 6. С. 391-400.
Katz D., Akiyama T. Pacemaker longevity: The world’s longest-lasting VVI Pacemaker // Annals of Noninvasive Electrocardiology. 2017. Vol. 12 (3). Pp. 223-226.
Акульшин Ю.Д. и др. Бета-вольтаический МЭМС-преобразователь энергии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2014. № 5 (205). С. 35-42.
Dreizler R., Gross E. Density functional theory. New York: Plenum Press, 1995.
Koch W., Holthausen M.C. A chemist’s guide to density functional theory. Weinheim: Wiley-VCH, 2002.
Jiang Z. et al. Ab initio calculation of SiC polytypes // Solid State Communications. 2002. Vol. 123 (6-7). Pp. 263-266.
Cicero G., Catellani A. Towards SiC surface functionalization: An ab initio study // J. Chem Phys. 2005. Vol. 122. P. 214716.
Jiang M. et al. Ab initio molecular dynamics simulation of the effects of stacking faults on the radiation response of 3C-SiC // Sci Rep. 2016. Vol. 6. P. 20669.
Zhou H. et al. Ab initio electronic transport study of two-dimensional silicon carbide-based p-n junctions // Journal of Semiconductors. 2017. Vol. 38 (3). P. 033002.
Ardakani Y.S., Moradi M. Electronic and optical properties of Te-doped GaN monolayer before and after adsorption of dimethylmercury - DFT+U/TDDFT & DFT-D2 methods // Journal of Molecular Graphics and Modelling. 2021. Vol. 104. P. 107837.
Liu N., Wang W., Guo L. Superconductivity in nitrogen-doped 3C-SiC from first-principles calculations // Modern Physics Letters B. 2017. No. 31 (12). P. 1750116.
Poloni R. et al. Efficient first-principles method for structural studies of materials with substitutional disorder // Phys.: Condens. Matter. 2010. No. 22. P. 415401.
Yilun Gong, Grabowski B., Glensk A. et al. Temperature dependence of the Gibbs energy of vacancy formation of fcc Ni // Phys. Rev. B. No. 97. P. 214106.
Emery A., Wolverton C. High-throughput DFT calculations of formation energy, stability and oxygen vacancy formation energy of ABO3 perovskites // Sci Data. 2017. No. 4. P. 170153.
Grau-Crespo R. et al. Symmetry-adapted configurational modelling of fractional site occupancy in solids // Journal of Physics: Condensed Matter. 2007. No. 19 (25). P. 256201
Okhotnikov K., Charpentier T., Cadars S. Supercell program: A combinatorial structure-generation approach for the local-level modeling of atomic substitutions and partial occupancies in crystals // J. Cheminformatics. 2016. No. 8. P. 17.
Lee J., Seko A., Shitara K., Nakayama K., Tanaka I. Prediction model of band gap for inorganic compounds by combination of density functional theory calculations and machine learning techniques // Phys. Rev. B. No. 93. P. 115104.
Ferreño D. et al. Prediction of mechanical properties of rail pads under in-service conditions through machine learning algorithms // Advances in Engineering Software. 2021. Vol. 151. P. 102927.
Huang J.S., Liew J.X., Liew K.M. Data-driven machine learning approach for exploring and assessing mechanical properties of carbon nanotube-reinforced cement composites // Composite Structures. 2021. Vol. 267. P. 113917/
Jie Xiong et al. Machine learning of phases and mechanical properties in complex concentrated alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 87. Pp. 133-142.
Prelas M. et al. Nuclear batteries and radioisotopes. Springer International Publishing, 2016. 335 p.
Покоева В.А., Сивакова К.П. Особенности диффузионного легирования структуры 81С/81 для полупроводниковых СВЧ - датчиков фосфором и бором под действием внутреннего электрического поля // Физика волновых процессов и радиотехнических систем. 2007. Т. 10. № 2. С. 110-114.
Тейтельбаум А.З., Ходунова А.В. Одномерное моделирование процессов ионного легирования и диффузионного перераспределения примесей в кремнии // Электронная промышленность. 1984. № 9. С. 41-45.
Галанин Н.П., Малкович Р.Ш. Математическое моделирование диффузии двух заряженных примесей в полупроводнике с учетом внутреннего электрического поля // ФТП. 1995. Т. 20. № 5. С. 1451-1456.
Гурская А.В., Чепурнов В.И., Латухина Н.В., Долгополов М.В. Способ получения пористого слоя гетероструктуры карбида кремния на подложке кремния. Патент РФ № 2653398. Oпубл. 24.01.2018. Бюл. № 3.
Долгополов М.В, Сурнин О.Л., Чепурнов В.И. Устройство генерирования электрического тока посредством преобразования энергии радиохимического бета-распада С-14. Патент РФ № 2714690. Опубл. 19.02.2020. Бюл. № 5.
Сурнин О.Л., Чепурнов В.И. Карбид кремния: материал для радиоизотопного источника энергии. Патент на изобретение № 2733616 C2, Опубл. 05.10.2020. Заявка № 2020110496 от 11.03.2020.
Гурская А.В., Долгополов М.В., Чепурнов В.И. 14C бета-преобразователь // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2017. Т. 48. № 6. С. 901-909.
Сауров А.Н., Булярский С.В., Рисованый В.Д. и др. Наноструктурированные источники тока, возбуждаемые β-излучением, на основе углеродных нанотрубок // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2015. Т. 20. № 5.
Имамов Э.З., Джалалов Т.А., Муминов Р.А., Рахимов Р.Х. Отличительные особенности контактных структур с наноразмерными включениями полупроводниковых фотодиодов // Comp. nanotechnol. 2016. № 3. С. 196-202.
Ключевые слова:
гетероструктуры карбида кремния, легирование, радиоуглерод, p-n-переход, бета-вольтаика, энергоэффективность, зарядовое точечное дефектообразование.